3B SCIENTIFIC® PHYSICS

Heizspannung:
Anodenspannung:
Anodenstrom:
Strahlstrom:
Plattenspannung:
Glaskolben:
Gesamtlänge:
3. Technische Daten
≤ 7,5 V AC/DC
2000 V bis 5000 V
typ. 1,8 mA bei
U A = 4000 V
4 µA bei U A = 4000 V
50 V bis 350 V
ca. 130 mm Ø
ca. 260 mm
4. Bedienung
Zur Durchführung der Experimente mit der Perrin-Röhre
sind folgende Geräte zusätzlich erforderlich:
1 Röhrenhalter S 1014525
1 Hochspannungsnetzgerät 5 kV (115 V, 50/60 Hz)
1003309
oder
1 Hochspannungsnetzgerät 5 kV (230 V, 50/60 Hz)
1003310
1 Helmholtz-Spulenpaar S 1000611
1 DC-Netzgerät 20 V, 5 A (115 V, 50/60 Hz)
1003311
oder
1 DC-Netzgerät 20 V, 5 A (230 V, 50/60 Hz)
1003312
1 Elektroskop 1001027
1 Analog Multimeter AM50 1003073
4.1 Einsetzen der Röhre in den Röhrenhalter
• Röhre nur bei ausgeschalteten Versorgungsgeräten
ein- und ausbauen.
• Röhre mit leichtem Druck in die Fassung des
Röhrenhalters schieben bis die Stiftkontakte
vollständig in der Fassung sitzen, dabei auf
eindeutige Position des Führungsstiftes achten.
4.2 Entnahme der Röhre aus dem Röhrenhalter
• Zum Entnehmen der Röhre mit dem Zeigefinger
der rechten Hand von hinten auf den
Führungsstift drücken bis sich die Kontaktstifte
lösen. Dann die Röhre entnehmen.
5. Experimentierbeispiele
5.1 Nachweis der Partikelnatur der Kathodenstrahlen
und Bestimmung ihrer Polarität
• Beschaltung gemäß Fig. 1 herstellen.
• Anodenspannung zwischen 2 kV und 5 kV
anlegen.
Auf dem Fluoreszenzschirm sind die Kathodenstrahlen
als runder Fleck sichtbar.
• Die Kathodenstrahlen mit Hilfe der Helmholtzspulen
so ablenken, dass sie genau in
den Faraday-Becher fallen. Erforderlichenfalls
Richtung des Spulenstroms ändern sowie
Röhre im Röhrenhalter drehen, um sicher
zu stellen, dass der Strahl vollständig in
in den Faraday-Becher trifft.
Das Elektroskop schlägt aus und zeigt eine Ladung an.
• Heizung und Anodenspannung abschalten.
Der Ausschlag des Elektroskops bleibt erhalten.
Entstände die Ladung des Faraday-Bechers
durch Wellenstrahlung, so würde der Ausschlag
des Elektroskops zurückgehen, sobald die Heizung
ausgeschaltet wird. Da dies nicht der Fall
ist, lässt sich daraus schließen, dass die Kathodenstrahlen
aus Materie bestehen, die elektrisch
geladen ist. Diese Partikel sind die Elektronen.
Die negative Polarität der Kathodenstrahlen lässt
sich durch weiteres Aufladen des Elektroskops
mittels eines geriebenen Kunststoff- oder Glasstabs
nachweisen (negativ bzw. positiv).
5.2 Abschätzung der spezifischen Elektronenladung
e/m
• Versuchsaufbau gemäß Fig. 3.
Bei Ablenkung der Elektronenstrahlen in den Faraday-Becher
gilt für die spezifische Ladung e/m:
e 2 ⋅ UA
= (1)
m ( B ⋅ r ) 2
U A kann unmittelbar abgelesen werden, der
Krümungsradius r ergibt sich aus den geometrischen
Daten der Röhre (Kolbendurchmesser 13
cm, Faraday-Becher 45° gegen Strahlachse
geneigt) zu r = ca. 16 cm (siehe Fig. 2).
Für die magnetische Flussdichte B des Magnetfeldes
bei Helmholtzgeometrie des Spulenpaars
und dem Spulenstrom I gilt:
B
3
=
2
0
⎛ 4 ⎞
⎜ ⎟
⎝ 5 ⎠
μ ⋅ n
⋅ ⋅ I = k ⋅ I
R
(2)
wobei k = in guter Näherung 4,2 mT/A
mit n = 320 (Windungen) und R = 68 mm (Spulenradius).
• Nach Einsetzen der Werte für U A , r und B in
Gleichung 1 e/m berechnen.
5.3 Ablenkung in gekreuzten magnetischen
Wechselfeldern (Lissajous-Figuren)
Folgende Geräte sind zusätzlich erforderlich:
1 Zusatzspule 1000645
1 AC/DC-Netzgerät 12 V, 3 A (115 V, 50/60 Hz)
1002775
oder
1 AC/DC-Netzgerät 12 V, 3 A (230 V, 50/60 Hz)
1002776
1 Funktionsgenerator FG100 (115 V, 50/60 Hz)
1009956
oder
1 Funktionsgenerator FG100 (230 V, 50/60 Hz)
1009957
• Beschaltung gemäß Fig. 5 vornehmen.
• Zusatzspule gemäß Fig. 4 auf dem Röhrenhalter
platzieren.
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